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INMUNOLOGÍA – CAPÍTULO 2

COMPLEMENTO

Dr Gene Mayer

Traducido por: Carla Cervantes Camacho y Dr. Fernando Enríquez Rincón Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN

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CENTRO DE INVESTIGACION Y DE ESTUDIOS AVANZADOS DEL IPN

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OBJETIVOS DE ENSEÑANZA Entender las diferentes vías de activación del Complemento (C). Conocer los mecanismos enzimáticos y no enzimáticos de la activación del Complemento. Conocer las propiedades biológicas de los productos de la activación del complemento. Conocer el significado del Complemento del huésped, en los mecanismos de resistencia, inflamación y daño a si mismo. Entender los mecanismos de regulación de la activación del Complemento y de sus productos.

Jules Bordet (1870-1961), descubridor del complemento National Library of Medicine

Figura 1 Vías de la activación del complemento

FUNCIONES DEL COMPLEMENTO Historicamente, el término complemento (C) fue usado para referirse a un componente sérico termolábil capaz de lisar bacterias cuya actividad es destruida (inactivada) al calentar el suero a 56 grados C durante 30 minutos. Sin embargo, el complemento como lo conocemos ahora, contribuye a las defensas del cuerpo también en otras formas. El complemento puede opsonizar bacterias para favorecer la fagocitosis de las mismas; puede reclutar y activar varias células incluyendo a las células polimorfonucleares (PMNs) y macrófagos; puede participar en la regulación de las respuestas de anticuerpos y puede ayudar a la eliminación de los complejos inmunes y células apoptoticas . El complemento puede también tener efectos nocivos para el organismo pues contribuye al proceso inflamatorio y al daño de los tejidos al desencadenar la anafilaxia. El complemento está compuesto, hasta donde se sabe actualmente, por más de 20 diferentes proteínas séricas (ver Tabla 1) que son producidas por una variedad de células incluyendo a los hepatocitos, macrófagos y células del epitelio gástrico. Algunas de las proteínas del complemento se unen las inmunoglobulinas o a los componentes de la membrana de las células. Otras son proenzimas que cuando son activadas, rompen a otras proteínas del complemento. El rompimiento de estas proteínas del complemento produce fragmentos que activan a algunas células, aumentan la permeabilidad vascular y opsonizan bacterias.

VÍAS DE LA ACTIVACIÓN DEL COMPLEMENTO La activación del complemento puede dividirse en cuatro vías (figura 1): la vía clásica, la vía de la lectina, la vía alterna y la vía de ataque a la membrana (v ía lítica). Tanto las vía clásica como la alterna conducen a la activación de C5 convertasa y resultan en la producción de C5b que es esencial para la activación de la vía de ataque a la membrana.

MOVIE Complement Activation and Biological Functions High Resolution Quicktime Low Resolution Quicktime © Scott R. Barnum, University of Alabama, Birmingham, Ala., USA and The MicrobeLibrary

CGAP More detailed complement pathways from CGAP/Biocarta

VÍA CLÁSICA (Figura 2)

Activación de C1 C1 es una proteína multi-subunitaria que contiene tres diferentes proteínas (C1q, C1r y C1s), se une a la región Fc de las moléculas de anticuerpos IgG e IgM que han reaccionado con el antígeno. El enlace de C1 al anticuerpo no ocurre si no está formado el complejo antígeno-anticuerpo, además el enlace de C1 al anticuerpo requiere de iones de calcio y magnesio. (N.B. En algunos casos C1 puede enlazarse a agregados de inmunoglobulinas [como IgG agregada] o a la superficie de ciertos patógenos aún en ausencia de anticuerpos). La unión de C1 a los anticuerpos es vía C1q la cual debe enlazar a por lo menos dos moléculas de anticuerpos para permitir su fijación firme. La unión de C1q resulta en la activación de C1r que a su vez activa C1s. El resultado es la formación de una “C1qrs” activada, la cual es una enzima que rompe a C4 en los fragmentos C4a y C4b.

Activación de C4 y C2 (generación de C3 convertasa) El fragmento C4b se une a la membrana y el fragmento C4a se libera al medio ambiente. La “C1qrs” activada también actúa sobre C2 y lo degrada a C2a y C2b. C2a se une a la membrana en asociación con C4b, y C2b es liberado al medio ambiente. El complejo C4bC2a resultante es una C3 convertasa, que rompe a C3 en C3a y C3b.

Activación de C3 (generación de C5 convertasa) El fragmento C3b se une a la membrana en asociación con C4b y C2a, y el C3a es liberado al microambiente. El complejo C4bC2aC3b resultante es una C5 convertasa. La generación de C5 convertasa marca el final de la vía clásica.

Muchos de los productos de la vía clásica tienen actividades biológicas importantes que contribuyen a las defensas del cuerpo. Algunos de estos productos pueden también tener efectos dañinos si se producen de manera no regulada. La Tabla 2 resume las actividades biológicas de los componentes de la vía clásica.

Si la vía clásica no fuera regulada, continuaría la producción e C2b, C3a y C4a. Por tanto, debe haber alguna vía que regule la actividad de la vía clásica. La Tabla 3 resume las formas por las cuales la vía clásica es regulada.

La importancia de C1-INH en la regulación de la vía clásica está demostrada por el resultado de una deficiencia en este inhibidor. Las deficiencias de C1-INH están asociada con el desarrollo del angioedema hereditario.

A. Generación de C3 convertasa en la vía clásica

B. Generación de C5 convertasa en la vía clásica

C. Activación de C3 por la vía clásica

Figura 2

VÍA DE LA LECTINA

La vía de la lectina (figura 3) es muy similar a la vía clásica. Se inicia por el enlace de la lectina de unión de manosa (MBL) a la superficie de las bacterias que contiene polisacáridos ricos en este carbohidrato. El enlace de la lectina al patógeno produce la asociación de dos serinas proteasas, MASP-1 y MASP-2 (proteasas de serina asociadas a MBL). MASP-1 y MASP-2 son similares a C1r y C1s, respectivamente y MBL es similar a C1q. La formación del complejo trimolecular MBL/MASP-1/MASP-2 produce la activación de las MASPs y la subsecuente ruptura de C4 en C4a y C4b. El fragmento C4b se enlaza a la membrana y el fragmento C4a es liberado al medio. Las MASPs activadas también rompen C2 en C2a y en C2b. C2a se enlaza a la membrana en asociación con la C4b, mientras que C2b es liberada al microambiente. El complejo C4bC2a resultante es una C3 convertasa, la cual rompe C3 en C3a y C3b. C3b se enlaza a la membrana en asociación con C4b y C2a, mientras que C3a es liberado al microambiente. El complejo resultante C4bC2aC3b es una C5 convertasa. Con la generación de C5 convertasa concluye la vía de la lectina.Las actividades biológicas y las proteínas reguladoras de la vía de la lectina son las mismas que las de la vía clásica.

VÍA ALTERNA La vía alterna se inicia con la activación de C3 y requiere de los Factores B y D y del catión Mg++, todos presentes en el suero normal.

Circuito de amplificación de la formación de C3b (Figura 4)

En el suero hay un bajo nivel de hidrólisis espontánea de C3 para producir C3i. El factor B enlaza a C3i haciéndose susceptible a la acción del factor D, el cual rompe el Factor B produciendo Bb. El complejo C3iBb actúa como una C3 convertasa y rompe C3 en C3a y C3b. En cuanto C3b es formado, el factor B se enlazará a él, y será susceptible de ser roto por el factor D. El complejo C3bBb resultante es una C3 convertasa que continuará generando más C3b, produciéndose una amplificación de la generación de C3b. si este proceso no para, el resultado podría ser que se consuma todo el C3 del suero. De manera que la producción espontánea de C3b está estrechamente controlada.

Figura 6 Regulación de la activación de C3 por Cr1

Figura 7 Estabilización de la C3 convertasa

Figura 8 C5 convertasa estabilizada en la vía alterna

Control de los circuitos de amplificación (Figuras 5 y 6)

Como el C3b producido espontáneamente se enlaza a las membranas autónomas del huésped e interactúa con DAF (factor acelerador del decaimiento), el cual bloquea la asociación del factor B con el C3b, consecuentemente, previene la formación de la C3 convertasa. Adicionalmente, DAF acelera la disociación de Bb de C3b en la C3 convertasa que ya se haya formado, lo que para la producción de C3b adicional. Algunas células poseen receptor complementario 1 (CR1). El enlace de C3b y CR1 facilita la degradación enzimática de C3b por el factor I. Adicionalmente, el enlace de la C3 convertasa C3bBb) a CR1 también disocia Bb del complejo. En células que poseen receptores de complemento, CR1 también juega un papel en el control en el circuito de amplificación. Finalmente, el factor H puede enlazar a C3b a una célula o en la fase líquida y facilita la degradación enzimática de C3b por el factor I. El circuito de amplificación está controlado tanto por el bloqueo de la formación de la C3 convertasa como por la disociación de la C3 convertasa o por la digestión enzimática de C3b. La importancia de controlar esta amplificación está ilustrada en pacientes con deficiencia genética de factor H o factor I. Estos pacientes tienen un déficit de C3 y esto incrementa su susceptibilidad a ciertas infecciones.

Estabilización de la C convertasa por las superficies activadoras (protectoras) (Figura 7)

Cuando se enlaza un activador apropiado de la vía alterna, C3b enlazará al Factor b, el cual será roto enzimáticamente por el Factor D para producir C3 convertasa (C3bBb). Sin embargo, C3b es resistente a la degradación por el factor I y la C3 convertasa no es rápidamente degradada, sino que es estabilizada por la superficie activadora. El complejo es estabilizado posteriormente por la Properdina que enlaza a C3bBb. Los activadores de la vía alterna son componentes que están sobre la superficie de los patógenos e incluyen: lipopolisacáridos (LPS) en bacterias gram negativas y las paredes celulares de algunas bacterias y levaduras. De esta manera, cuando C3b se enlaza a la superficie activadora, la C3 convertasa formada, será estable y continuará generando C3a adicional y C3b por ruptura de C3.

Generación de C5 convertasa (Figura 10)

Algunas de las C3b generadas por la C3 convertasa estabilizada cobre la superficie activadora asociada con el complejo C3bBb par formar un complejo C3b BbC3b. Este complejo es una C5 convertasa de la vía alterna. La generación de C5 convertasa es el final de la vía alterna. La vía alterna puede ser activada por muchas bacterias gram negativas (las más significativas son: Neisseria meningitidis y Neisseria gonorrhoea), ciertos virus y parásitos, resultando en la lisis de estos organismos. De tal forma que la vía alterna por la activación de C provee otra manera de protección contra ciertos patógenos antes que una respuesta de anticuerpos sea montada. Una deficiencia en los resultados de C3 es una incrementada susceptibilidad a estos organismo. La vía alterna puede ser más primitiva que la vía clásica y la de la lectina, que probablemente derivaron de ella.

Recuerde que la vía alterna provee de un mecanismo de resistencia no específico a las infecciones sin la participación de anticuerpos, por lo tanto representa la primera línea de defensa contra un buen número de agentes infecciosos.

VÍA DEL ATAQUE A LA MEMBRANA (LÍTICA) (Figura 9)

La C5 convertasa de la vía clásica (C4b2a3b), de la vía de la lectina (C4b2a3b) o de la vía alterna (C3bBb3b) rompe C5 en C5a y c5b. C5a permanece en la fase líquida y la C5b se asocia rápidamente con C6 y C7 y se inserta en la membrana. Subsecuentemente C8 se enlaza, seguida de varias moléculas de C9. Las moléculas de C9 forman un poro en la membrana a través del cual el contenido celular se escapa y ocurre la lisis de la célula. La lisis no se da por un proceso enzimático, sino que se da a través de un daño físico a la membrana. El complejo consiste de C5bC6C7C8C9 y es referido como un complejo de ataque a la membrana (MAC).

El C5a generado en la vía lítica tiene varias potentes actividades biológicas. La más potente es la actividad de anafilatoxin. Adicionalmente, es un factor quimiotáctico para los neutrófilos y estimula el estallido respiratorio en ellos y la producción de citocinas inflamatorias por macrofagos. Sus actividades son controladas por la inactivación de carboxipeptidasa B (C3-INA).

Algunas de los complejos C5b67 formados pueden disociarse de la membrana y pasar a la fase fluida. Si esto llega a ocurrir, entonces este complejo se puede adherir a otra célula cercana y producirle lisis. El daño a células circundantes propias, se previene con la Proteina S (vitronectina). La proteína S se une a C5b67 soluble para prevenir su adhesión a otras células.

Productos de la activación del complemento con actividad biológica

La activación del complemento resulta en la producción de varias moléculas biológicamente activas que contribuyen a la resistencia, anafilaxis e inflamación.

Anafilatoxinas C4a, C3a y C5a (en orden ascendente de actividad) son anafilatoxinas que causan la desgranulación de los basófilos/células cebadas y la contracción de músculo liso. Los efectos indeseables de estos péptidos son controlados la carboxipeptidasa B(C3a-INA).

Factores quimiotácticos C5a y MAC (C5b67) son ambos quimiotácticos. C5a también es un potente activador de neutrófilos, basófilos y macrófagos e induce la adhesión de moléculas a las células del endotelio vascular.

Opsoninas C3b y C4b en la superficie de los microorganismos se unen al receptor C (CR1) de las células fagocíticas y promueven la fagocitosis.

Otros productos de la activación de C

Los productos de la degradación de C3 (iC3b, C3d y C3e) también se unen a diferentes células a través de distintos receptores y modulan sus funciones.

En suma, el sistema del complemento participa tanto en la resistencia específica como no-específica y genera numerosos productos de importancia biológica y patofisiológica (Tabla 4).

Se conocen las deficiencias genéticas de la mayoría de los componentes individuales del complemento, sin embargo, la deficiencia de C3 es la más seria y fatal. Las deficiencias de complemento también se presentan en enfermedades por complejos inmunes (por ej. el lupus eritematoso sistémico) y en las infecciones bacterianas, virales y parasitarias agudas y crónicas.

Usted deberá haber aprendido

Las proteínas que conforman el sistema del complemento

Las diferencias y semejanzas entre las diferenmtes vías de activación de C3

El significado biológico de las diferentes vías en la inmunidad específica y no-específica

El papel de los diferentes productos de la activación del complemento en la amplificación de la inmunidad específica y no-específica y en la inflamación

Regreso a la sección de Inmunológica Microbiología e Inmunología on line